美國教授圖學課程短期授課的實踐及啟示

朱科鈐， 劉善淑， 丁建寧,2， 張 琳， 袁惠新，盧章平， 袁寧一， 蔡永茂

(1. 常州大學機械工程學院，江蘇 常州 213164；2. 江蘇省光伏科學與工程協同創新中心，江蘇 常州 213164；3. 江蘇大學機械工程學院，江蘇 鎮江 212013；4. 常州大學材料科學與工程學院，江蘇 常州 213164；5. 常州大學教務處，江蘇 常州 213164)

美國教授圖學課程短期授課的實踐及啟示

朱科鈐1， 劉善淑1， 丁建寧1,2， 張 琳1， 袁惠新1，盧章平3， 袁寧一2,4， 蔡永茂5

(1. 常州大學機械工程學院，江蘇 常州 213164；2. 江蘇省光伏科學與工程協同創新中心，江蘇 常州 213164；3. 江蘇大學機械工程學院，江蘇 鎮江 212013；4. 常州大學材料科學與工程學院，江蘇 常州 213164；5. 常州大學教務處，江蘇 常州 213164)

常州大學過程裝備與控制工程專業的工程制圖與 CAD課程聘請美國教授短期授課。詳細分析外教的教學內容、教學組織、教材及授課特點等實踐情況，提出此次嘗試對我國工程圖學教育的借鑒和思考。

工程制圖；CAD；教育教學；過程裝備與控制

工程制圖是高校理工科在校生的必修課之一，近年來廣大圖學教師對課程教學進行了深入探索，提出了許多有益的教學改革思路和方法[1-3]。許多高校也嘗試了雙語教學[4-6]，由專業制圖教師以英語講授圖學知識和技巧。聘請外教進行成套的教學實踐是有益的探索。2014年5月，常州大

學機械工程學院特聘美國普渡大學 Douglas Acheson教授為過程裝備與控制工程專業133班開設了“工程制圖與CAD”雙語課。Acheson教授是專業的制圖教師，在普渡大學講授制圖課程近三十年。該課程采用外教全程短期授課，本校教師輔助上機輔導的教學模式。本文對這種模式的實踐情況進行總結和討論，供同行參考。

1 前期準備

過程裝備與控制工程專業的前身是化工設備與機械專業，對制圖的要求很高，畢業后行業內常見的圖樣為歐美標準，需要有扎實的圖樣閱讀和表達能力。如何選用合適的教材，安排合理的課程內容，使學生既能獲得“原汁原味”的美式教育，又能適應國內的后續課程？教研組在Acheson教授來華前互相溝通了兩校的相關教學資料，并進行了多次網上探討。

1.1 教材選用

Acheson教授提供了普渡大學三類制圖課的教學大綱，分別編號為10400、20400和32800。10400講授傳統(手工)制圖和 AutoCAD計算機繪圖技巧；20400講授SolidWorks軟件操作；32800是對有一定制圖基礎的學生進行參數化建模訓練，要求掌握SolidWorks和MasterCAM兩種軟件。教研組選擇了與過程裝備專業原課程最接近的10400。Acheson教授根據教研組提出的要求，在10400的基礎上進行了一些調整，使上課內容更適于該專業要求。為了幫助學生掌握準確的專業術語，教材選用的是普渡大學自編的 10400課程教材。該教材包括13個章節，其中除了兩章介紹建筑制圖知識外，其余知識點均依照先手工繪圖后計算機繪圖的順序逐一闡明。

1.2 課程安排

由于受Acheson教授時間的限制，需將60學時的課程安排在 1個月內完成。考慮學生課時太密集，理解課程的內容和完成作業的壓力過大，課程安排在每周的周一、二、四、五、六，每次3個學時，4周結束。教學內容包括制圖基礎知識、基本體的投影、組合體、軸測圖、機件表達、螺紋、零件圖、裝配圖以及AutoCAD平面圖形繪制和簡單三維建模。Acheson教授將畫法幾何和尺規作圖替換成3D打印內容，并增加了一次生產實習、一次講座。授課時按中國的第一角投影，但是考慮到 Acheson教授更熟悉美國標準，而且該專業學生工作后接觸的大部分是國外圖紙，因此繪圖標準仍采用美國標準。另外，每次課學生都會提前一天收到教學講義，每周四都安排一次小測驗，及時追蹤學生對知識點的掌握情況和對外教的適應程度。

2 授課實踐及特點

實際課堂以三維形體為主體，徒手繪圖與計算機繪圖“雙管齊下”，將各知識點的“理”與“技”一起融匯到圖樣中。教學手段很少采用多媒體課件，而是用板書、膠片投影儀和手勢輔以解釋。Acheson教授將整個課程分為五大章節：三視圖、尺寸標注、軸測圖、機件表達和工程圖樣。各教學要點有機結合在各個章節中，所用學時及作業等情況見表1。計算機繪圖始終貫穿全課程，是學習的重點。從第二次課引入CAD后，Acheson教授每次先闡述相關圖學概念，然后舉例板書說明手工繪圖部分的內容，最后講解CAD作圖命令。案例相對簡單而基本。授課安排在機房，所以要求學生盡可能在課上用 CAD完成教師演示的案例，遇到問題當場解決，這相當于國內的上機實踐課。未完成的案例連同手工作業和新布置的CAD作業在課后提交。外教授課的主要特點如下：

(1) 課堂氣氛活躍，舉例形象生動，貼合實際生活。Acheson教授在一周內就記住了所有學生的英文名，上課很親民，叫學生名字的時候會用“唱”的方式，對學生提出的任何問題都耐心解答，直到聽懂為止。平時枯燥的制圖概念，他會形象地打些比方。比如他用骰子的六面展開圖(如圖1)引出六個基本視圖；用剖切蘋果來比喻機件表達中的全剖(圖2(a))、半剖(圖2(b)、2(c))和局剖(圖2(d))。局剖中吃蘋果的蟲子還放上了自己的頭像，讓人忍俊不禁，印象深刻。

(2) 內容精心組織，知識點有機結合。各教學要點圍繞形體表達組織安排，而不是離散孤立的存在。以三視圖投影為例，該部分結合了截交相貫、基本體的投影和組合體的內容。圖3(a)是被要求投影的立體，圖3(b)是繪制的結果。截交相貫等內容在繪圖中自然過渡。這樣的安排使工程制圖中各部分的內容有機結合在一起，不再是割裂的知識點。值得一提的是，Acheson教授要求的三視圖以表達清晰為前提，自行選用所需視圖，如圖3，形體就選擇了“主俯右”表達，避免了選用左視圖出現虛線的情況。

表1 教學要點實際學時、作業情況

圖1 骰子的六面投影圖

圖2 剖視圖的種類

圖3 三視圖舉例

(3) 立足三維形體。除了尺寸標注外，所有知識點都從立體出發，向二維視圖輻射，突出多種表達方式在設計過程中的綜合應用。例如 CAD平面圖形繪制和編輯命令是以拉伸體或旋轉體等為構形目的，結合建模命令同時講解，沒有明顯二維平面圖形和三維形體的分界線。

(4) 注重徒手繪圖和尺寸標注。所有手工作業都采用草圖繪制，用美國特制的方格紙(正交、軸測)按比例徒手繪出相應的視圖和軸測圖。圖4為某學生軸測圖作業的截圖。雖然是草圖，但是Acheson教授對圖中線型、字體等仍有很高要求，例如虛線的畫法，什么時候在實線的延長線上，什么時候留有間隙，如果畫得不正確會扣很多分。尺寸標注也是授課的一大重點，在 Acheson教授僅有的4個教學PPT中，尺寸標注是其中之一，而且占的篇幅最大。即使是徒手繪圖也要求按標準標注尺寸。

圖4 軸測圖作業

(5) 知識點“超前”運用，提倡自主學習。Acheson教授往往會“超前”運用一些知識點，讓學生先有感性認識，等下次課再傳授該要點的概念

和繪圖注意點。授課的內容也是少而精，許多知識點需要學生課后自學完成。這樣，激發了學生課后探求的積極性，新概念不再新，學生掌握起來更得心應手。

(6) 理論與實踐相結合，強調實用性。Acheson教授設計了兩個實踐環節：一是參觀騰普(常州)精機有限公司；二是3D打印學生自己設計的“印章”。騰普精機有限公司是一家生產硅鋼片鐵芯的美國獨資企業，其產品大多是通過CAD/CAM線切割或鍛造而成，這可以幫助學生進一步了解所學課程，是一次非常對口的生產認識實習。“印章”是指利用CAD建模、3D打印機打印得到的形狀和功能都類似真實印章的三維形體。通過這個項目，每個學生不僅接觸了3D打印這樣的前沿概念，而且還能擁有自己設計的產品(圖5)，從虛擬到現實，實現了質的飛躍。

(7) 靈活的考核方式。最終的成績由平時作業、每周的測驗成績以及設計項目——“印章”綜合評定。這樣有利于督促學生在平時下功夫，也有利于培養學生的設計能力。

圖5 學生“印章”作品

3 思考與啟示

這次外教短期授課實踐讓我們有機會接觸國外教育，重新審視我國教學現狀，對圖學教育改革有許多借鑒之處，建議結合國內實際環境，從以下3個方面消化吸收外教的教學經驗：

(1) 轉換先進的教育教學理念，適應時代發展。外教培養學生遵循“認識實踐再認識”的哲學規律，著眼實際生產的產品設計和制造，引導學生在“做中學”，注重培養工程意識和團隊協作能力。師生平等，教師既是提供有效幫助的良師，又是熱心、耐心的朋友，為學生創建了一個心態開放、思維開放、知識開放的民主和諧的教學環境。圖學教育者應適應當前形勢，轉變原有的教育教學理念，從工程出發，以人為本，學習外教的角色轉換，在高校與企業間發揮橋梁作用，產、學、研相結合，努力充實自己、與時俱進，努力培養新一代應用型的創新人才。

(2) 構建合理的課程內容體系，服務社會需求。外教突破教學章節的限制，立足三維構形，寓“理”于“技”，手工和計算機繪圖相輔相成。與國內截然不同的課程體系提醒圖學教育工作者淡化傳統內容中的圖解法，突出草圖圖示在未來設計中的地位；注意依托軟件取代尺規作圖的趨勢；將設計思維與圖學內容相結合，將理論體系與項目實踐相結合，注重學生自主學習能力和實際工作能力協調發展。

(3) 采用有效地教學方法和評估制度，激發學生潛能。圖學教師也可以嘗試外教課堂情景化的教學，合理設計實踐環節，通過實地考察、項目設計、團隊合作，將學習與應用有機結合。外教教學中倚重黑板粉筆等媒介，用教師的言傳身教強化學生規范化、標準化的徒手繪圖意識。圖學教師需重新評估傳統的教學手段，嘗試在傳統和現代化教學媒介中尋找兩者的平衡點，以獲得最佳效果?；邮降慕虒W方法和多元化的評價機制能極大地提高學生的興趣，教師們應量體裁衣，重視授課藝術，調動學生主觀能動性，激發學生的學習和創作欲望。

另外，此次實踐也為外教走上工科專業理論課程的講臺提供了很多經驗和心得。目前教學面臨的最大問題是語言障礙，建議提高教師和學生的整體英文水平。其次，國內教學環境不斷提升，如何使教學硬件與國際接軌，外教資源利用最大化，也應是今后進一步努力的方向。

[1] 葉 軍, 孫根正. 三維建模引入制圖課程的改革研究[J]. 工程圖學學報, 2008, 29(2): 168-172.

[2] 王軍鋒, 孫 康, 張 彬, 等. 機械制圖課程教學改革[J]. 中國冶金教育, 2013, (3): 34-36.

[3] 郭長虹, 趙炳利, 郭 銳, 等. 重構CDIO特色的工程圖學課程體系[J]. 圖學學報, 2013, 34(5): 148-151.

[4] 姜 杉, 徐 健. 雙語教學在機械制圖授課中的嘗試[J]. 工程圖學學報, 2004, 25(2): 193-195.

[5] 楊放瓊, 徐紹軍, 王艾倫. 構建《工程制圖》雙語教學環境的研究與實踐[J]. 長沙鐵道學院學報, 2009, 10(1): 101-103.

[6] 楊放瓊, 湯曉燕. 《工程制圖》開放互動式雙語教學模式的研究與實踐[J]. 高等教育研究學報, 2011, 34(2): 91-93.

The Practice and Enlightenment of Short Course of Technical Drawing & CAD by American Professor

Zhu Keqian1, Liu Shanshu1, Ding Jianning1,2, Zhang Lin1, Yuan Huixin1, Lu Zhangping3, Yuan Ningyi2,4, Cai Yongmao5
(1. School of Mechanical Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 2. Jiangsu Collaborative Innovation Center of Photovoltaic Science and Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China; 3. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013, China; 4. School of Materials Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 5. Academic Affairs Office, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China)

Changzhou University invited an American professor to give a short course of technical drawing & CAD to the students majored in process equipment. The curriculum content, course organization, textbook and characteristics of teaching are discussed in detail in this paper. Some useful

to us are also illustrated.

technical drawing; CAD; education and teaching; process equipment & control

TB 23

A

2095-302X(2015)04-0622-04

2014-08-24；定稿日期：2014-12-13

常州大學2013年教育研究課題資助項目(GJY2013051，GJY2013027，GJY2013003，GJY2013006，GJY2013013)；常州大學2014年教育研究課題資助項目(GJY14020029)；江蘇省高等教育教學改革研究課題資助項目(2013JSJG106)；中國學位與研究生教育學會研究課題資助項目(C1-2013Y09-156)

朱科鈐(1980–)，女，江蘇常州人，講師，碩士。主要研究方向為工程圖學。E-mail：zkq@cczu.edu.cn

丁建寧(1966–)，男，江蘇鎮江人，教授，博士，博士生導師。主要研究方向為維納動力與能源。E-mail：Dingjn@ujs.edu.cn